全 文 :书兰州南北两山五类乔灌木林草地土壤养分
与土壤微生物空间分布研究
钟芳1,赵瑾2,孙荣高3,李正平1,王万鹏1
(1.兰州市南北两山环境绿化工程指挥部,甘肃 兰州,730030;2.甘肃农业大学资源与环境学院,
甘肃 兰州730070;3.兰州市环境保护研究所,甘肃 兰州730030)
摘要:对兰州南北两山5类乔灌木林草地土壤养分和土壤微生物空间分布进行了研究,结果表明,1)柠条林地的土
壤有机质,全氮含量相比其他类型林地显著增加(犘<0.05),其土壤化学性质明显改善;土壤养分含量在所研究林
草地的排序为:柠条类>柽柳类>枸杞类>红砂类>侧柏类;并且柠条林地中土壤三大类微生物(细菌、真菌和放
线菌)的数量也最多。2)由于土壤有机质等因素影响,不同林草地的土壤养分含量与微生物数量在土壤剖面上具
有相似的垂直分布特征,均随着土层深度增加而减少。其中0~10cm土层土壤微生物数量占总量的47.86%。3)
植被类型、土壤养分和土壤微生物群落三者之间存在着一定的互作关系。
关键词:植被类型;土壤养分;土壤微生物;南北两山
中图分类号:S151.9+5;S154.3 文献标识码:A 文章编号:10045759(2010)03009408
土壤作为森林生态系统中生命活动的主要场所,对森林的生长发育起着至关重要的作用,土壤养分和土壤微
生物是森林生态系统的重要组成成分[1]。土壤养分含量直接影响森林植被的生长与演替;土壤微生物是土壤中
物质转化和养分循环的驱动力,直接参与养分循环、有机质分解等诸多生态过程,是陆地生态系统中最活跃的成
分,推动着生态系统的能量流动和物质循环[24]。微生物类群与数量的变化是反映土壤质量的重要生物学指
标[5,6]。通过对不同林地的土壤养分和微生物空间分布的研究,有助于合理利用土壤,营造最佳生态效应林地。
近年来,不少学者对各类林地的植被类型、土壤养分和土壤微生物三者之间的影响开展了系统研究。例如,
Melany等[7]研究了美国北部泥炭地生态系统中植被类型对土壤微生物活性、功能群组成格局的影响,表明植被
类型影响土壤微生物活性、功能类群。龙训建等[8]应用GIS技术和地统计学空间内插法研究了我国黄河源区达
日县跨热洼尔玛流域高寒草甸区典型景观单元土壤养分空间差异性,分析显示:不同植被覆盖下土壤有机质和养
分的积累和平衡状况存在差异,其空间变异主要受海拔、地形、植被、根系分布状况等因素影响。目前,通过对林
地土壤微生物数量和土壤养分进行系统研究,利用土壤微生物作用进行退化陆地生态系统的恢复已成为生态学
领域的研究热点[9,10]。
兰州南北两山位于我国黄土高原西端,立地区划为甘肃黄土高原陇中北部黄土丘陵、河谷盆地类型区。由于
受到多种生态因子共同作用,南北两山生态环境脆弱,区域内植被以人工林为主体,植物种类比较单一,林地土壤
的自我更新和调节能力相对较差,土壤中各种微生物类群的数量和比例受到土壤成分和植被种类的影响颇
大[11,12]。在近50年的兰州南北两山生态环境改善的研究与实践进程中,学者们从植物种类、土壤水分和理化性
质等不同方面对干旱半干旱黄土丘陵区生态修复机理和荒漠化治理措施进行了大量研究,但对反映土壤质量的
重要生物学指标———土壤微生物的研究甚少,特别是对生态修复的土壤微生物机理研究,微生物与植被类型、土
壤养分的相关性研究报道较少。
兰州南北两山的植被类型以人工林为主,主要的建植树种有柠条(犆犪狉犪犵犪狀犪犽狅狉狊犺犻狀狊犽犻犻),柽柳(犜犪犿犪狉犻狓
犪狌狊狋狉狅犿狅狀犵狅犾犻犮犪),枸杞(犔狔犮犻狌犿犮犺犻狀犲狀狊犲),红砂(犚犲犪狌犿狌狉犻犪狊狅狅狀犵狅狉犻犮犪)和侧柏(犘犾犪狋狔犮犾犪犱狌狊狅狉犻犲狀狋犪犾犻狊)。其
中,柠条、柽柳、侧柏在各类人工林树种中的乔灌木重要值最高,属工程区代表种;枸杞、红砂在各类天然灌木树种
94-101
2010年6月
草 业 学 报
ACTAPRATACULTURAESINICA
第19卷 第3期
Vol.19,No.3
收稿日期:20090923;改回日期:20091113
基金项目:兰州市科技攻关计划项目(2008SY12)资助。
作者简介:钟芳(1970),女,广东潮州人,高级工程师,本科。Email:green_zf@163.com
中的重要值较高,分布最广;工程区内草本代表种主要有芨芨草(犃犮犺狀犪狋犺犲狉狌犿狊狆犾犲狀犱犲狀狊)、铁杆蒿(犃狉狋犲犿犻狊犻犪
狊犪犮狉狅狉狌犿)、中亚紫菀木(犃狊狋犲狉狅狋犺犪犿狀狌狊犮犲狀狋狉犪犾犻犪狊犻犪狋犻犮狌狊)、多裂骆驼蓬(犘犲犵犪狀狌犿犿狌犾狋犻狊犲犮狋狌犿)、蝎虎驼蹄瓣
(犣狔犵狅狆犺狔犾犾狌犿犿狌犮狉狅狀犪狋狌犿)、阿尔泰狗娃花(犎犲狋犲狉狅狆犪狆狆狌狊犪犾狋犪犻犮狌狊)等。笔者通过对兰州南北两山的柠条、柽
柳、枸杞、红砂和侧柏5类林草地的土壤养分和微生物空间分布进行研究,旨在探讨植被类型,土壤养分与微生物
数量之间的相关性,为该地区人工林生境的建植物种选择提供土壤生态学方面的参考,同时为兰州干旱半干旱黄
土丘陵区生态安全及生态系统稳定性评价提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
兰州南北两山位于我国黄土高原的最西端,地理坐标界于103°21′04″~104°00′38″E,35°53′18″~36°33′56″
N,东西长60km,南北宽5~50km,总土地面积42000hm2。兰州地区年平均气温9.1℃,年极端最高温
39.1℃,年极端最低温-23.1℃,≥10℃的年积温为3242.0℃;年平均降水量327.7mm,多集中在7-9月;年平
均蒸发量1468mm,是降水量的4.4倍,相对湿度为58%;年平均日照时数2607.6h;无霜期185~200d;年平
均风速仅为0.94m/s,静风次数占观测次数的53.4%。兰州处于季风区向非季风区的过渡带,气候类型属于北
温带半干旱大陆性季风气候,该区域自然灾害主要为干旱。
南山工程区属典型草原地带的最北端,也是甘肃省400mm降水量的临界线,海拔1560~2171m,坡度由
东向西逐渐趋于平缓,除前山基部和沟壑底部有红土母质裸露外,山梁和沟坡上部均为风成黄土所覆盖,土壤类
型多为暗灰钙土,土层深厚、土壤瘠薄,pH值7.8~8.2。
北山区属半荒漠地带,降水在300mm以下。地势北高南低,由西北向东南方向倾斜,海拔1560~2067m,
坡度一般在30°以上。土壤以淡灰钙土为主,颗粒较粗,沟坡分布有红胶泥和红沙土,土质疏松、土壤瘠薄,pH值
8.0~9.0。
1.2 样地设置
2009年4月,分别在南山兰石林场,北山徐家山后山布设3块10m×10m的样地(表1)。在样地选择中,尽
量考虑立地因子与林草植被类型基本一致的地块。按常规进行样地内物种数、植被盖度、高度、海拔、坡向、坡度
等立地因子调查,并挂标牌和填表造册。
表1 样地基本情况
犜犪犫犾犲1 犅犪狊犻犮犮狅狀犱犻狋犻狅狀狊狅犳狆犾狅狋狊犪狋犲狓狆犲狉犻犿犲狀狋犪犾狊犻狋犲
样地Plot 坡向Slopeorientation 坡度Slopegradient 海拔Altitude(m) 纬度Latitude(N) 经度Longitude(E)
南山Southhil 北偏东Northbyeast 32°~37° 1760 36°03′04.34″ 103°48′03.05″
北山Northhil 北偏东Northbyeast 30°~38° 1731 36°05′22.49″ 103°51′04.46″
1.3 土壤样品采集
考虑到研究区域林草地的土壤水分与养分的浅表性特征,决定了其上承载的大部分乔灌木的根系生长存在
浅层现象[13],因此,试验设计的土壤采样深度在植物根区集中分布层,分别为0~10,10~20,20~30cm。于
2009年4月进行采样。在布设的样地内,每树种随机选取5株,土壤分层按混合采样法在植被冠幅以内的区域
取5~6个点的混合样,用四分法取适量装入无菌袋中。每样2份,1份保存在4℃的冰箱内,用于微生物的测定;
另一份风干后用于土壤养分的测定。
1.4 土壤养分测定
按照常规法测定土壤含水量、pH值;有机质用重铬酸钾容量法测定;全N用半微量开氏法测定;用氢氧化钠
碱熔法将土壤样品溶融后提取待测液,用钼蓝比色法测全P,火焰光度计测全K;碱解N用碱解扩散法测定;用
0.15mol/L的碳酸氢钠提取土壤样品后,用钼蓝比色法测速效P;用1mol/L的中性醋酸钠提取土壤样品后,用
火焰光度计测速效K[14]。
59第19卷第3期 草业学报2010年
1.5 土壤微生物数量测定
1.5.1 真菌数量测定 采用马丁-孟加拉红培养基,以平板表面涂抹法计数[15]。即称取土壤鲜样10g,在无菌
条件下用无菌水配成不同浓度梯度悬浮液,取稀释度为10-2,10-3,10-4的土壤悬浮液各1mL,接种于盛有灭
菌的马丁-孟加拉红培养基的培养皿中,用无菌刮刀涂抹均匀。每个浓度3个重复,恒温(25℃)培养5~7d,选
取每皿菌落数为15~150的1个稀释度统计菌落数,按下列公式计算真菌数量[15]。
菌数(cfu/g)=菌落平均数×稀释倍数×10/干土
1.5.2 放线菌数量测定 采用改良高氏一号培养基,以平板表面涂抹法计数[15]。取稀释度为10-3,10-4,10-5
的土壤悬浮液各1mL接种于盛有灭菌的改良高氏一号培养基,其余与真菌数量测定方法相同。恒温(28℃)培
养7~10d,按上述方法和公式统计菌落数并计算放线菌数量。
1.5.3 细菌数量测定 采用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基,以平板表面涂抹法计数[15]。取稀释度为10-6,10-7,
10-8的土壤悬浮液各1mL接种于盛有灭菌的牛肉膏蛋白胨琼脂培养基,恒温(28℃)培养3d统计菌落数,其余
与放线菌数量测定方法相同。
1.6 数据处理与分析
根据野外调查资料和实验室的分析资料,用Excel处理图表和SPSS11.5统计分析软件进行数据分析,数据
的显著性检验采用DPS软件的LSD法。
2 结果与分析
2.1 土壤养分
2.1.1 土壤养分在土层垂直分布上的特征 兰州南北两山不同植被下土壤养分的含量总体呈随土层深度的增
加而减少的趋势,0~10cm土层养分含量明显高于10~20和20~30cm土层。1)这种垂直变化趋势在有机质
含量方面表现尤为明显(表2,3),其中柠条和枸杞林地有机质含量的垂直变化最明显。在南山地区,枸杞和柠条
林地0~10cm土层有机质含量分别是10~20cm土层的176.8%和177.6%;在北山地区,枸杞和柠条林地0~
10cm土层有机质含量分别是10~20cm土层的198.8%和177.1%。土壤有机质含量在垂直方面的明显变化
主要是由于土壤上生长的植物残体和根系分泌物是有机质的主要来源[16],研究地植被凋落物量在土壤表层形成
枯枝落叶层,提供了大量的腐殖质,使得表层有机质含量明显高于深层土壤。2)这种垂直变化的趋势在土壤全氮
含量方面表现不明显,特别是在10~20和20~30cm土层上,大部分林地的10~20和20~30cm土层中全氮含
量基本相同。因为在10~20和20~30cm土层中,好气性微生物数量由于土壤含氧量的减少而减少,有机质的
分解强度也随之减弱,这也进一步验证了张灵等[13]提出的黄土高原土壤氮素主要取决于生物量的积累和土壤有
机质分解的强度。3)南山地区的土壤养分含量普遍高于北山地区,这与南山地区的年均降水量大于北山地区有
关,根据兰州地区各个雨情观测站的数据汇总,调查样地内降水量的南北差异平均在70mm 左右。土壤的水分
条件与地上生物量密切相关,水分条件越好,地上生物量积累越多、植物残体和根系分泌物越多。因此,南山的土
壤养分含量高于北山。4)5种林地土壤中磷的含量随着土壤的深度增加而减少,这主要是由于磷在土壤中移动
性很低[17]。
2.1.2 土壤养分在不同林地的分布特征 1)在柠条,柽柳,枸杞,红砂和侧柏5种主要建群植被中,柠条,柽柳和
枸杞林地中土壤有机质和碱解氮含量明显高于侧柏和红砂林地,其中柠条林地有机质含量在0~30cm土层的平
均值在南山与北山分别达到了11.92和11.5mg/kg,碱解氮含量为63.71和50.76mg/kg。在全氮方面,柠条
和柽柳林地的含量明显高于其他林地,3个土层的全氮含量均大于1.0g/kg。而在磷,钾方面,5种林地的差别
不明显(图1,2)。2)各调查植被林地在0~30cm土层土壤有机质含量平均值呈现的规律是,南北两山均为:柠
条类>柽柳类>枸杞类>侧柏类>红砂类。由于在黄土高原99%的养分流失来自于泥沙[18,19],而以柠条为代表
的灌木林生长茂密,水土保持效果好,表层土壤有腐殖质层且结构良好,大大减少了侵蚀泥沙氮素养分的流
失[20],所以土壤中的氮含量因植被类型不同而有明显差异。磷和钾含量在不同林地差别不明显,这主要是受南
北两山灰钙土本身理化性质的影响。
69 ACTAPRATACULTURAESINICA(2010) Vol.19,No.3
表2 南山地区土壤化学性质
犜犪犫犾犲2 犜犺犲犮犺犲犿犻犮犪犾狆狉狅狆犲狉狋犻犲狊狅犳狊狅犻犾犪狋狊狅狌狋犺犺犻犾犻狀犔犪狀狕犺狅狌
土层
Soildepths
(cm)
植被类型
Vegetation
types
有机质
Organicmatter
(g/kg)
全N
TotalN
(g/kg)
碱解N
AlkalihydrolysableN
(mg/kg)
全P
TotalP
(g/kg)
速效P
AvailableP
(mg/kg)
全K
TotalK
(g/kg)
速效K
AvailableK
(mg/kg)
0~10 侧柏类犘.狅狉犻犲狀狋犪犾犻狊 10.10b 0.9b 58.42b 0.52a 4.38b 19.26a 88.72a
红砂类犚.狊狅狅狀犵狅狉犻犮犪 8.59c 0.9b 57.05b 0.54a 5.23ab 19.33a 77.45b
枸杞类犔.犮犺犻狀犲狀狊犲 15.10a 0.9b 71.30a 0.56a 5.98a 19.10a 88.28a
柠条类犆.犽狅狉狊犺犻狀狊犽犻犻 18.10a 1.7a 76.30a 0.60a 6.12a 20.01a 96.90a
柽柳类犜.犪狌狊狋狉狅犿狅狀犵狅犾犻犮犪 14.71a 1.6a 70.84a 0.51a 6.41a 19.96a 97.10a
10~20 侧柏类犘.狅狉犻犲狀狋犪犾犻狊 8.43a 0.9b 36.09b 0.49a 3.65b 18.91a 71.26a
红砂类犚.狊狅狅狀犵狅狉犻犮犪 6.46b 0.9b 36.12b 0.44a 4.99a 18.79a 60.21b
枸杞类犔.犮犺犻狀犲狀狊犲 8.54a 0.7b 50.26a 0.49a 4.88ab 18.24a 75.79a
柠条类犆.犽狅狉狊犺犻狀狊犽犻犻 10.19a 1.5a 69.65a 0.41a 5.33a 18.99a 74.37a
柽柳类犜.犪狌狊狋狉狅犿狅狀犵狅犾犻犮犪 10.67a 1.6a 55.93a 0.37a 5.11a 18.62a 72.95a
20~30 侧柏类犘.狅狉犻犲狀狋犪犾犻狊 6.50a 0.7b 32.55bc 0.12a 3.00b 17.94a 56.78b
红砂类犚.狊狅狅狀犵狅狉犻犮犪 4.21b 0.8b 26.25c 0.19a 3.89b 18.00a 56.40b
枸杞类犔.犮犺犻狀犲狀狊犲 6.50a 0.7b 27.23c 0.19a 3.71ab 17.29a 60.13a
柠条类犆.犽狅狉狊犺犻狀狊犽犻犻 7.46a 1.5a 45.19a 0.17a 4.90a 17.94a 60.13a
柽柳类犜.犪狌狊狋狉狅犿狅狀犵狅犾犻犮犪 6.08a 1.2a 51.03a 0.15a 4.10a 17.93a 60.42a
注:同列同一土层深度的不同土地类型之间标有不同字母者,表示差异显著(犘<0.05)。下同。
Note:Markedwithdifferentlettersindicatedsignificantdifferencebetweenlandtypesinthesamedepthofsamecolumn(犘<0.05).Thesame
below.
表3 北山地区土壤化学性质
犜犪犫犾犲3 犜犺犲犮犺犲犿犻犮犪犾狆狉狅狆犲狉狋犻犲狊狅犳狊狅犻犾犪狋狀狅狉狋犺犺犻犾犻狀犔犪狀狕犺狅狌
土层
Soildepths
(cm)
植被类型
Vegetation
types
有机质
Organicmatter
(g/kg)
全N
TotalN
(g/kg)
碱解N
AlkalihydrolysableN
(mg/kg)
全P
TotalP
(g/kg)
速效P
AvailableP
(mg/kg)
全K
TotalK
(g/kg)
速效K
AvailableK
(mg/kg)
0~10 侧柏类犘.狅狉犻犲狀狋犪犾犻狊 9.26b 0.8b 53.59b 0.35a 4.27b 19.09a 82.17a
红砂类犚.狊狅狅狀犵狅狉犻犮犪 8.34c 0.9b 39.76b 0.32a 5.22ab 19.01a 80.35a
枸杞类犔.犮犺犻狀犲狀狊犲 15.09a 0.9b 64.68a 0.46a 5.77a 18.97a 84.83a
柠条类犆.犽狅狉狊犺犻狀狊犽犻犻 17.99a 1.5a 64.05a 0.53a 6.09a 19.33a 85.48a
柽柳类犜.犪狌狊狋狉狅犿狅狀犵狅犾犻犮犪 13.90a 1.5a 63.63a 0.63a 6.01a 19.28a 81.23a
10~20 侧柏类犘.狅狉犻犲狀狋犪犾犻狊 8.50a 0.7b 43.65b 0.26a 3.19b 18.78a 71.11a
红砂类犚.狊狅狅狀犵狅狉犻犮犪 6.19b 0.8b 23.73c 0.19a 4.15ab 18.19a 55.13b
枸杞类犔.犮犺犻狀犲狀狊犲 7.59a 0.7b 46.94b 0.35a 4.29a 17.48a 70.19a
柠条类犆.犽狅狉狊犺犻狀狊犽犻犻 10.16a 1.2a 57.38a 0.26a 4.93a 18.27a 72.58a
柽柳类犜.犪狌狊狋狉狅犿狅狀犵狅犾犻犮犪 10.51a 1.2a 58.73a 0.34a 4.93a 18.31a 72.12a
20~30 侧柏类犘.狅狉犻犲狀狋犪犾犻狊 6.18b 0.7b 32.66a 0.05a 2.94b 17.45a 59.89a
红砂类犚.狊狅狅狀犵狅狉犻犮犪 3.63c 0.8b 25.55a 0.09a 3.75a 17.11a 58.00a
枸杞类犔.犮犺犻狀犲狀狊犲 6.35b 0.7b 26.22a 0.11a 3.69ab 16.84a 56.09a
柠条类犆.犽狅狉狊犺犻狀狊犽犻犻 6.39b 1.0a 36.86a 0.17a 3.95a 17.94a 55.25a
柽柳类犜.犪狌狊狋狉狅犿狅狀犵狅犾犻犮犪 9.48a 1.2a 36.79a 0.12a 4.00a 17.42a 61.74a
79第19卷第3期 草业学报2010年
图1 南山地区不同植被林地土壤有机质含量分布特征
犉犻犵.1 犇犻狊狋狉犻犫狌狋犻狅狀狅犳狋犺犲狊狅犻犾狅狉犵犪狀犻犮犿犪狋狋犲狉犮狅狀狋犲狀狋
犻狀狋犺犲犱犻犳犳犲狉犲狀狋犾犪狀犱狋狔狆犲狊犪狋狊狅狌狋犺犺犻犾犻狀犔犪狀狕犺狅狌
图2 北山地区不同植被林地土壤有机质含量分布特征
犉犻犵.2 犇犻狊狋狉犻犫狌狋犻狅狀狅犳狋犺犲狊狅犻犾狅狉犵犪狀犻犮犿犪狋狋犲狉犮狅狀狋犲狀狋
犻狀狋犺犲犱犻犳犳犲狉犲狀狋犾犪狀犱狋狔狆犲狊犪狋狀狅狉狋犺犺犻犾犻狀犔犪狀狕犺狅狌
2.2 土壤微生物
2.2.1 土壤微生物在土层垂直分布上的特征 由于干旱土壤潜在肥力和有效养分贫瘠,土壤微生物总量不
高[21],但是随土层深度变化的总体趋势明显。1)兰州南北两山调查林地的三大类土壤微生物数量随着土层深度
的加深而减少,这种变化主要是由于土壤有机质和土壤空气两方面的影响:一是土壤中枯枝落叶的加入能明显增
加表层土壤有机质含量[22],土壤微生物主要栖息在有机质颗粒上;二是土壤表层通气状况良好,有利于好气型土
壤微生物的繁殖。另外可能还与土壤含水量有关,由于大多数微生物生长都需要充足的水分而土壤中的含水量
是随着土壤层次的增加而减少,土壤微生物也随着土壤层次的增加而减少,二者之间的相关性有待进一步研究。
2)同种植被林地各类群数量排序为细菌>放线菌>真菌,细菌的数量远远大于放线菌和真菌,相差2~3个数量
级(表4)。这主要是由于细菌具有较快的生长速度并且适宜生存在pH为中性和微碱性的环境,放线菌的生长
速度较慢,而真菌在酸性土壤中能良好生长[23]。南北两山的土壤多为灰钙土,其土壤为偏碱性,pH值大多为7.8
~9.0。
2.2.2 土壤微生物在不同林地的分布特征 1)在5类植被中,柠条林地中的细菌数量在南北两山均是最多,在
南山地区分别比侧柏,红砂,枸杞和柽柳土壤中细菌数量高出114.92%,105.82%,16.00%和22.97%,排序为:
柠条类>柽柳类>枸杞类>红砂类>侧柏类;在北山地区分别比侧柏,红砂,枸杞和柽柳土壤中细菌数量高出
134.67%,101.71%,20.20%和31.18%,排序为:柠条类>枸杞类>柽柳类> 红砂类>侧柏类(图3,4)。这与
柠条林地的养分丰富有关。柠条属豆科锦鸡儿属植物,豆科植物根基分泌物相对丰富,其根瘤菌能固着空气和土
壤中的氮[24],柠条林地中有机质,全氮和速效钾含量最高,而这些养分是细菌生长所必需的。细菌较快的生长速
度及其生物化学过程的多样性使它们成为分解凋落物的先锋菌[25]。因此,柠条林地的细菌数量最多。2)放线菌
数量在南山林地分布为:柠条类>柽柳类>枸杞类> 红砂类>侧柏类;北山林地分布为:柠条类>柽柳类>红砂
类>枸杞类>侧柏类;其中柠条林地放线菌数量在南北两山地区分别是侧柏林地的222.20%和212.72%。一般
认为易分解利用的化合物已被细菌代谢转化,而剩余的难于分解的物质则由生长慢的放线菌继续分解。3)在真
菌数量方面,5类植被之间的差异没有在细菌、放线菌数量方面明显,在南北两山真菌数量均为:柠条类>柽柳类
>枸杞类>红砂类>侧柏类,由于土壤环境为偏碱性,真菌不易生长,因此,5种植被间的差异不明显。
总体上来看,以柠条,柽柳为代表的灌木林细菌,真菌和放线菌数量相对丰富,以侧柏为代表的乔木林土壤中
微生物含量相对较少。
89 ACTAPRATACULTURAESINICA(2010) Vol.19,No.3
表4 不同植被下的土壤微生物区系
犜犪犫犾犲4 犜犺犲狇狌犪狀狋犻狋狔犪狀犱犮狅犿狆狅狊犻狋犻狅狀狅犳狊狅犻犾犿犻犮狉狅犫犲狊狌狀犱犲狉犱犻犳犳犲狉犲狀狋狏犲犵犲狋犪狋犻狅狀狊狋狔狆犲狊
土层
Soildepths
(cm)
植被类型
Vegetation
types
细菌数量
Quantityofbacteria
(×108个 No./g)
南山Southhil 北山Northhil
真菌数量
Quantityoffungi
(×104个 No./g)
南山Southhil 北山Northhil
放线菌数量
Quantityofactinomycetes
(×106个 No./g)
南山Southhil 北山Northhil
0~10 侧柏类犘.狅狉犻犲狀狋犪犾犻狊 8.73b 8.28b 5.47b 5.42b 6.11c 6.68bc
红砂类犚.狊狅狅狀犵狅狉犻犮犪 9.44b 7.42b 7.03ab 6.86b 9.12b 9.05b
枸杞类犔.犮犺犻狀犲狀狊犲 14.67a 14.43a 8.94a 8.64a 7.08bc 6.30c
柠条类犆.犽狅狉狊犺犻狀狊犽犻犻 16.33a 16.51a 9.56a 8.85a 16.98a 15.79a
柽柳类犜.犪狌狊狋狉狅犿狅狀犵狅犾犻犮犪 12.32a 12.06a 9.56a 8.91a 14.10a 14.09a
10~20 侧柏类犘.狅狉犻犲狀狋犪犾犻狊 4.55b 4.41b 5.17b 5.09b 5.93b 5.81b
红砂类犚.狊狅狅狀犵狅狉犻犮犪 4.37b 6.59b 6.63a 5.22ab 5.16b 5.17b
枸杞类犔.犮犺犻狀犲狀狊犲 9.17a 9.00a 7.07a 6.44a 5.68b 5.53b
柠条类犆.犽狅狉狊犺犻狀狊犽犻犻 10.56a 10.41a 6.66a 6.18a 10.17a 9.93a
柽柳类犜.犪狌狊狋狉狅犿狅狀犵狅犾犻犮犪 9.86a 8.94a 6.37ab 6.11a 10.09a 9.63a
20~30 侧柏类犘.狅狉犻犲狀狋犪犾犻狊 3.01b 2.26b 2.88a 2.25a 3.24b 2.61b
红砂类犚.狊狅狅狀犵狅狉犻犮犪 3.19b 3.52b 3.78a 3.29a 2.66b 2.21b
枸杞类犔.犮犺犻狀犲狀狊犲 6.33a 5.97a 3.85a 3.63a 3.82b 3.26b
柠条类犆.犽狅狉狊犺犻狀狊犽犻犻 8.12a 8.43a 3.31a 3.19a 6.81a 6.39a
柽柳类犜.犪狌狊狋狉狅犿狅狀犵狅犾犻犮犪 6.30a 5.94a 3.09a 3.95a 5.88a 5.25a
图3 南山地区不同植被林地土壤微生物总量分布特征
犉犻犵.3 犇犻狊狋狉犻犫狌狋犻狅狀狅犳狋犺犲犮狅狀狋犲狀狋狅犳狊狅犻犾犿犻犮狉狅犫犻狅犾狅犵狔狀狌犿犫犲狉狊
犻狀狋犺犲犱犻犳犳犲狉犲狀狋犾犪狀犱狋狔狆犲狊犪狋狊狅狌狋犺犺犻犾犻狀犔犪狀狕犺狅狌
图4 北山地区不同植被林地土壤微生物总量分布特征
犉犻犵.4 犇犻狊狋狉犻犫狌狋犻狅狀狅犳狋犺犲犮狅犿狋犲狀狋狅犳狊狅犻犾犿犻犮狉狅犾狅犵狔狀狌犿犫犲狉狊
犻狀狋犺犲犱犻犳犳犲狉犲狀狋犾犪狀犱狋狔狆犲狊犪狋狀狅狉狋犺犺犻犾犻狀犔犪狀狕犺狅狌
2.3 土壤养分与微生物相关性分析
南北两山土壤中的细菌,真菌和放线菌的数量与土壤养分含量呈正相关关系(表5)。在南山地区,细菌数量
与有机质呈极显著的正相关关系,与全氮和速效钾呈显著的正相关关系;真菌数量与有机质,全钾和速效钾呈极
显著的正相关关系,与全磷呈显著关系;放线菌与有机质和速效钾呈显著关系。在北山地区,细菌数量与有机质
呈极显著的正相关关系,与全氮和速效钾呈显著的正相关关系;真菌数量与有机质和速效钾呈极显著的正相关关
系,与全钾呈显著关系;放线菌与有机质呈显著关系。
99第19卷第3期 草业学报2010年
表5 土壤微生物与土壤养分含量之间相关系数
犜犪犫犾犲5 犜犺犲犮狅狉狉犲犾犪狋犻狅狀犫犲狋狑犲犲狀狋犺犲狇狌犪狀狋犻狋狔狅犳狊狅犻犾犿犻犮狉狅犫犲狊犪狀犱狊狅犻犾狀狌狋狉犻犲狀狋犮狅狀狋犲狀狋狊
地区
Area
项目
Item
有机质
Organicmatter
全N
TotalN
碱解N
AlkalihydrolysableN
全P
TotalP
速效P
AvailableP
全K
TotalK
速效K
AvailableK
南山Southhil 细菌Bacteria 0.931 0.524 0.438 0.457 0.511 0.509 0.527
真菌Fungi 0.652 0.439 0.371 0.538 0.429 0.617 0.596
放线菌Actinomycetes 0.523 0.511 0.411 0.496 0.493 0.463 0.518
北山Northhil 细菌Bacteria 0.905 0.519 0.441 0.423 0.507 0.507 0.523
真菌Fungi 0.644 0.425 0.338 0.513 0.418 0.528 0.587
放线菌Actinomycetes 0.537 0.518 0.407 0.481 0.481 0.458 0.510
注:标有者表示差异显著(犘<0.05)。标有者表示差异极显著(犘<0.01)。
Note:Markedwithindicatedsignificantdifferenceat犘<0.05.Markedwithindicatedsignificantdifferenceat犘<0.01.
3 结论与讨论
兰州南北两山5类乔灌木林草地的土壤养分含量均较低,不同的林草地之间存在显著的差异(犘<0.05)。
在空间分布上,南山林草地略高于北山;总体数量上,土壤中的有机质和全氮含量均为:柠条类>柽柳类>枸杞类
>红砂类>侧柏类,土壤中磷钾含量之间的差异性受植被类型影响不明显。
关于林地土壤微生物数量的研究目前已有一些报道,如张文婷等[11]对黄土高原不同植被坡地土壤微生物区
系特征研究发现,林地土壤微生物数量以细菌占绝对优势(80%),放线菌、真菌数量很少。何玉梅等[25]研究表
明,土壤微生物数量具有相似的垂直分布特征,土壤中各类微生物的数量随着土层深度的增加而减少。本研究
结果与大多数学者的研究结果一致[9,2125]。兰州南北两山5类林草地土壤中,细菌数量占绝对优势(均高于
99%),并且在0~10cm土层中,土壤微生物数量分别占0~30cm土层总数的48.44%和47.27%。
土壤微生物和土壤养分是森林生态系统的重要组成成分。本试验的结果表明,在供试的林地中土壤微生物
和土壤养分密切相关。土壤有机质为微生物生长和代谢提供了C源,微生物参与了有机质的分解等生化过程,
因此,有机质含量与三大菌群数量都表现出极显著的正相关关系(犘<0.01)。
所选的5类植被中,细菌、真菌和放线菌在各类植被中的分布情况不同,但是柠条土壤中细菌、真菌和放线菌
的数量均多于其他植被下的土壤。在南山地区,柠条林地土壤微生物数量分别比侧柏,红砂,枸杞和柽柳林地土
壤中的数量高出114.92%,105.82%,16.00%和22.97%;在北山地区,柠条林地土壤微生物数量分别比侧柏,红
砂,枸杞和柽柳林地土壤中的数量高出134.67%,101.71%,20.20%和31.18%。可以看出柠条改善土壤肥力的
作用较明显,柠条林地为土壤微生物生长提供较适宜的环境,从而也证明了柠条适宜在兰州南北两山地区栽植。
研究表明,植物类型、土壤养分和土壤微生物群落三者之间存在相互制约、相互依存的互作关系。在生态环
境相对脆弱的干旱半干旱黄土丘陵区域,植被重建与生态修复工程,尤其应注意树种的选择,在体现适地适树、植
物多样性的同时,加大能改善土壤肥力的豆科植物的混交比率,促进土壤养分积累、土壤微生物群落结构趋向丰
富与复杂,从而增强土壤生态系统的稳定性,进一步提高本地区人工林地的抗逆性,促进生态建设的良性发展。
参考文献:
[1] 侯本栋,马风云,宋玉民,等.不同树种对土壤养分、酶活性与微生物影响的研究[J].江西农业大学学报,2006,28(5):
734738.
[2] 韦红群,邓建珍,曹建华,等.柱花草根系与根际微生物类群的研究[J].草业科学,2009,26(1):6973.
[3] 薛?,刘国彬,戴全厚,等.黄土丘陵区人工灌木林恢复过程中的土壤微生物生物量演变[J].应用生态学报,2008,19(3):
517523.
[4] 张其水,俞新妥.福建不同杉木连栽混交林地土壤微生物季节性动态研究[J].生态学报,1990,10(2):121126.
[5] 焦如珍,杨承栋,屠星南,等.杉木人工林不同发育阶段林下植被、土壤微生物、酶活性及养分的变化[J].林业科学研究,
001 ACTAPRATACULTURAESINICA(2010) Vol.19,No.3
1997,10(4):373379.
[6] 赵有翼,蔡立群,王静,等.不同保护性耕作措施对三种土壤微生物氮素类群数量及其分布的影响[J].草业学报,2009,
18(4):125130.
[7] MelanyCF,KristinFR,JosephBY.Microbialactivityandfunctionalcompositionamongnorthernpeatlandecosystems[J].
SoilBiologyandBiochemistry,2003,35(4):591602.
[8] 龙训建,钱鞠,张春敏,等.高寒草甸区典型景观单元土壤养分空间变异性研究[J].冰川冻土,2008,30(1):139145.
[9] 何良菊,魏德洲,张维庆.土壤微生物处理石油污染的研究[J].环境科学进展,1999,7(3):110115.
[10] 张炳欣,张平,陈晓斌.影响引入微生物根部定殖的因素[J].应用生态学报,2000,11(6):951953.
[11] 张文婷,来航线,王延平,等.黄土高原不同植被坡地土壤微生物区系特征[J].生态学报,2008,28(9):42284234.
[12] WaidJS.Metabioticinteractionsinplantlittersystems[A].In:CadischG,GilerKE.DrivenbyNature:PlantLitter
QualityandDecomposition[M].CABIPublishing,1997:145153.
[13] 张灵,王绪芳,王春燕,等.兰州市南北两山土壤养分空间分布及影响因子[J].兰州大学学报(自然科技版),2007,43(3):
5357.
[14] 中国科学院南京土壤研究所.土壤理化分析[M].上海:上海科学技术出版社,1978.
[15] 许光辉,郑洪元.土壤微生物分析方法手册[M].北京:农业出版社,1986.
[16] 黄昌勇.土壤学[M].北京:中国农业出版社,2000.
[17] 成文竞,崔建宇,闵凡华,等.三种草坪草的根系分布特征及其对土壤养分的影响[J].草业学报,2009,18(1):179183.
[18] 王福堂,晋西黄土高原土壤侵蚀管理与地理信息系统研究[M].北京:科学出版社,1988:179188.
[19] 全国土壤普查办公室.中国土壤分类系统[M].北京:农业出版社,1993:1103.
[20] 赵护兵,刘国彬,曹清玉.黄土丘陵沟壑区不同植被类型的水土保持功能及养分流失效应[J].中国水土保持科学,2008,
6(2):4348.
[21] 高婷,张源沛.荒漠草原土壤微生物数量与土壤及植被分布类型的关系[J].草业科学,2006,23(12):2225.
[22] 王启兰,王长庭,杜岩功.放牧对高寒嵩草草甸土壤微生物量碳的影响及其与土壤环境的关系[J].草业学报,2008,
17(2):3946.
[23] 薛立,邝立刚,陈红跃,等.不同林分土壤养分、微生物与酶活性的研究[J].土壤学报,2003,140(12):280285.
[24] 刘增文,李雅素.黄土丘陵区柠条林地养分状况及其循环规律[J].生态学杂志,1997,16(6):2729.
[25] 何玉梅,张仁陟,蔡立群,等.冶力关森林公园不同林型土壤微生物区系的研究[J].甘肃农业大学学报,2007,42(1):6367.
犛狆犪狋犻犪犾犱犻狊狋狉犻犫狌狋犻狅狀狅犳狊狅犻犾狀狌狋狉犻犲狀狋狊犪狀犱狊狅犻犾犿犻犮狉狅犫犲狊犻狀犳犻狏犲犪狉犫狅狉犲犫狌狊犺犲犵狉犪狊狊
犾犪狀犱狊犪狋狋犺犲狊狅狌狋犺狀狅狉狋犺犺犻犾狊犻狀犔犪狀狕犺狅狌,犆犺犻狀犪
ZHONGFang1,ZHAOJin2,SUNRonggao3,LIZhengping1,WANGWanpeng1
(1.GreenProjectHeadquarterofSouthnorthHilsEnvironmentsofLanzhou,Lanzhou730030,China;
2.ColegeofResource&Environment,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730070,China;
3.EnvironmentalProtectionResearchInstituteofLanzhou,Lanzhou730030,China)
犃犫狊狋狉犪犮狋:Thespatialdistributionofsoilnutrientsandsoilmicrobesinfivearboresbushesgrasslandsatthe
southnorthhilsinLanzhouwasstudied.Theresultsshowedthat:1)thesoilorganicmatterandtotalNcon
tentinthesoilof犆犪狉犪犵犪狀犪犽狅狉狊犺犻狀狊犽犻犻landweresignificantlylargerthanlandsof犜犪犿犪狉犻狓犪狌狊狋狉狅犿狅狀犵狅犾犻犮犪,
犔狔犮犻狌犿犮犺犻狀犲狀狊犲,犚犲犪狌犿狌狉犻犪狊狅狅狀犵狅狉犻犮犪and犘犾犪狋狔犮犾犪犱狌狊狅狉犻犲狀狋犪犾犻狊types(犘<0.05),thesoilchemicalproper
tywasimproved.Therankingofthesoilnutrientcontentswas犆.犽狅狉狊犺犻狀狊犽犻犻type>犜.犪狌狊狋狉狅犿狅狀犵狅犾犻犮犪type
>犔.犮犺犻狀犲狀狊犲type>犚.狊狅狅狀犵狅狉犻犮犪type>犘.狅狉犻犲狀狋犪犾犻狊type.Theamountofsoilmicrobeswasthemostabun
dantatthe犆.犽狅狉狊犺犻狀狊犽犻犻typeland.2)Thequantityofmicrobesandnutrientcontentclearlydecreasedwith
thesoildepthinthedifferentlandbecauseofsoilfertilityfactor.Thequantityofmicrobesinthe0-10cmlay
erwas47.86%oftotalmicrobes.3)Theinteractionwasexistedamongvegetation,soilnutrientandsoilmi
crobialquantityinsomeextend.
犓犲狔狑狅狉犱狊:vegetation;soilnutrient;microbialpopulation;southandnorthhilsinLanzhou
101第19卷第3期 草业学报2010年